DE102016203046A1 - Chiller with a phase separator and refrigeration unit with it - Google Patents
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- F25B43/04—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases
Abstract
In einer Kältemaschine (22), insbesondere für ein Haushaltskältegerät, mit einer Drossel (27) und einem der Drossel (27) vorgelagerten Phasen-Abscheider (26, 40, 60, 70) weist der Phasen-Abscheider (26, 40, 60, 70) ein Porensieb (32, 52, 66, 74, 76) auf, das in mit Kältemittel benetztem Zustand einen höheren Strömungswiderstand gegenüber gasförmigem Kältemittel bildet als gegenüber flüssigem Kältemittel.In a refrigerating machine (22), in particular for a household refrigerating appliance, with a throttle (27) and a phase separator (26, 40, 60, 70) upstream of the throttle (27), the phase separator (26, 40, 60, 70) has a porous screen (32, 52, 66, 74, 76) which, when wetted with refrigerant, forms a higher flow resistance to gaseous refrigerant than to liquid refrigerant.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemaschine mit einem Phasen-Abscheider und ein Kältegerät damit, insbesondere ein Haushaltskältegerät wie etwa einen Kühl- oder Gefrierschrank.The present invention relates to a refrigerating machine with a phase separator and a refrigeration device with it, in particular a household refrigerator such as a refrigerator or freezer.
Die Kältemaschinen von Haushaltskältegeräten weisen als Drosselelement, an dem sich das zirkulierende Kältemittel entspannt, häufig eine Kapillare auf. Durch diese Kapillare kann sowohl flüssiges als auch unkondensiertes, gasförmiges Kältemittel fließen. Die Dichte des gasförmigen Kältemittels ist erheblich geringer als die des flüssigen, so dass, wenn Gas durch die Kapillare fließt, der Massenstrom ab- und die Strömungsgeschwindigkeit in der Kapillare zunimmt. Die Verringerung des Massenstroms führt dazu, dass sich vor der Kapillare Kältemittel aufstaut und dort in verstärktem Maße kondensiert. Dadurch gelangt mehr flüssiges Kältemittel zur Kapillare, und der Massenstrom steigt wieder. Dies vermindert den Druck am Eingang der Kapillare, und es gelangt wieder mehr Gas in die Kapillare. Dadurch verändern sich laufend Phasenzusammensetzung und Geschwindigkeit des Kältemittels am Drosselrohraustritt. Diese Schwankungen können einen am Ausgang der Kapillare angeordneten Verdampfer zu Schwingungen anregen, die als Betriebsgeräusch abgestrahlt werden. Ein solches variables Geräusch kann von einem Benutzer des Kältegeräts auch bei geringer Lautstärke als äußerst störend empfunden werden.The chillers of domestic refrigerators often have a capillary as a throttle element, which relaxes the circulating refrigerant. Both liquid and uncondensed, gaseous refrigerant can flow through this capillary. The density of the gaseous refrigerant is significantly lower than that of the liquid, so that when gas flows through the capillary, the mass flow decreases and the flow rate in the capillary increases. The reduction in the mass flow causes the refrigerant to accumulate in front of the capillary where it condenses to a greater extent. As a result, more liquid refrigerant reaches the capillary, and the mass flow increases again. This reduces the pressure at the inlet of the capillary, and more gas is returned to the capillary. As a result, the phase composition and the speed of the refrigerant at the throttle pipe outlet change continuously. These variations can excite a vaporizer located at the exit of the capillary to vibrate, which is emitted as operating noise. Such a variable noise can be perceived by a user of the refrigerator even at low volume as extremely disturbing.
Die
Die Abscheidung erfolgt durch Gravitation, indem das in dem Gas-Sammel-Reservoir kondensierte Kältemittel nach unten fließt durch den Trockner in das Flüssigkeits-Sammel-Reservoir. Die Begrenzungsplatten halten das Material des Trocknerelements am vorgesehenen Ort und der Filter verhindert, dass Partikel des Trocknermaterials mit dem flüssigen Kältemittel zusammen in den weiteren Kältemittelkreislauf gelangen. Aufgrund der Gravitationswirkung ist in Richtung Gas-Ablauf ein solcher Filter nicht erforderlich. The deposition is by gravity by the refrigerant condensed in the gas collecting reservoir flowing down through the dryer into the liquid collecting reservoir. The boundary plates hold the material of the dryer element at the intended location and the filter prevents particles of the dryer material from entering the further refrigerant circuit together with the liquid refrigerant. Due to the gravitational effect, such a filter is not required in the direction of the gas outlet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kältemaschine anzugeben, die es mit einfachen, preiswerten Mitteln ermöglicht, den Kältemittelfluss durch eine Kapillare zu vergleichmäßigen.The object of the invention is to provide a refrigeration machine, which makes it possible with simple, inexpensive means to even out the flow of refrigerant through a capillary.
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche. Eine Kältemaschine, und also auch ein Kältegerät damit, hat eine Drossel und einen der Drossel vorgelagerten Phasen-Abscheider. Der Phasen-Abscheider weist ein Porensieb auf, das in mit Kältemittel benetztem Zustand einen höheren Strömungswiderstand gegenüber gasförmigem Kältemittel bildet als gegenüber flüssigem Kältemittel.This object is achieved by articles having the features according to the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the figures, the description and the dependent claims. A chiller, and therefore also a refrigeration device with it, has a throttle and a phase separator upstream of the throttle. The phase separator has a porous sieve which, when wetted with refrigerant, forms a higher flow resistance to gaseous refrigerant than to liquid refrigerant.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden Kapillarkräfte genutzt, um in einem zwei-phasigen Kältemittel mit gasförmiger und flüssiger Phase eine Trennung der Phasen zu erreichen. Dazu weist der Phasen-Abscheider ein Porensieb mit einem derartigen Kapillareffekt auf, dass das Porensieb in mit Kältemittel benetztem Zustand einen höheren Strömungswiderstand gegenüber gasförmigem Kältemittel bildet als gegenüber flüssigem Kältemittel.According to one embodiment of the invention, capillary forces are used to achieve separation of the phases in a gaseous and liquid phase two-phase refrigerant. For this purpose, the phase separator has a porous sieve with such a capillary effect that the porous sieve, when wetted with refrigerant, forms a higher flow resistance to gaseous refrigerant than to liquid refrigerant.
Zum Verständnis der Erfindung ist es hilfreich, ein Porensieb im Betrieb als ein Sieb mit einer Vielzahl von sehr kurzen Kapillaren anzusehen, die mit flüssigem Kältemittel gefüllt sind. Aufgrund des Kapillareffekts kann flüssiges Kältemittel die Kapillaren leichter passieren als gasförmiges Kältemittel. Gasförmiges Kältemittel müsste flüssiges Kältemittel aus Kapillaren verdrängen, wozu Energie aufgewendet werden müsste. Ein solches mit flüssigem Kältemittel getränktes Porensieb bildet einen höheren Strömungswiderstand gegenüber gasförmigem Kältemittel als gegenüber flüssigem Kältemittel.To understand the invention, it is helpful to view a pore sieve in operation as a sieve having a plurality of very short capillaries filled with liquid refrigerant. Due to the capillary effect, liquid refrigerant can pass the capillaries more easily than gaseous refrigerant. Gaseous refrigerant would have to displace liquid refrigerant from capillaries, for which energy would have to be expended. Such a liquid refrigerant-impregnated porous sieve forms a higher flow resistance to gaseous refrigerant than to liquid refrigerant.
Im Betrieb bewirkt der höhere Strömungswiderstand gegenüber gasförmigem Kältemittel eine Zurückhaltung von gasförmigem Kältemittel stromaufwärts des Porensiebs bzw. eine Abscheidung von gasförmigem Kältemittel aus dem Kältemittelstrom durch das Porensieb Man kann also je nach Sichtweise von einem Phasen-Abscheider oder einem Phasen – Zurückhalter sprechen.In operation, the higher flow resistance to gaseous refrigerant causes a retention of gaseous refrigerant upstream of the pore sieve or a deposition of gaseous refrigerant from the refrigerant flow through the pore sieve Thus, one can speak of a phase separator or a phase - retainer depending on the perspective.
Eine Besonderheit liegt in dem erfindungsgemäßen Abscheider darin, dass nur das Flüssige Kältemittel durch eine Ausgangsleitung entnommen wird. Das gasförmige Kältemittel bleibt weiterhin in dem Zwei-Phasengemisch zwischen dem Verflüssiger und dem Porensieb.A special feature in the separator according to the invention is that only the liquid refrigerant is removed through an outlet line. The gaseous refrigerant remains in the two-phase mixture between the condenser and the porous sieve.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Kältemaschine wirkt dieser höhere Strömungswiderstand im Betrieb der Kältemachine zusammen mit einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung des Porensiebs bei vertikaler Durchströmung von oben nach unten. Dann bleibt das gasförmige Kältemittel oberhalb des Porensiebs und das flüssige Kältemittel strömt hindurch.In a further particularly advantageous embodiment of the chiller, this higher flow resistance during operation of the refrigerating machine acts together with a substantially horizontal alignment of the pore strainer with vertical flow from top to bottom. Then, the gaseous refrigerant remains above the pore strainer and the liquid refrigerant passes therethrough.
Die Trennung der Phasen des Kältemittels wird in der allgemeinen Beschreibung der Erfindung zwar als vollständig dargestellt, das muss jedoch nicht sein, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen. Dazu ist es nicht erforderlich, jegliches gasförmiges Kältemittel zurückzuhalten, sondern es reicht aus, den Gasanteil in dem aus dem Abscheider in die Kapillare strömenden Kältemittel zu reduzieren um die angestrebte Geräuschverbesserung zu erreichen.Although the separation of the phases of the refrigerant is shown as being complete in the general description of the invention, it need not be so in order to achieve the object of the invention. For this purpose, it is not necessary to retain any gaseous refrigerant, but it is sufficient to reduce the gas content in the flowing from the separator into the capillary refrigerant to achieve the desired noise improvement.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kältemaschine weisen die Poren einen mittleren Durchmesser kleiner als 30 µm auf, vorzugsweise weisen die Poren einen mittleren Durchmesser kleiner als 10 µm auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Dimensionierung der Kapillaren definiert ist.In an advantageous embodiment of the refrigerator, the pores have a mean diameter smaller than 30 microns, preferably, the pores have a mean diameter smaller than 10 microns. As a result, for example, the technical advantage is achieved that the dimensioning of the capillaries is defined.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kältemaschine weist der Phasen-Abscheider zu dem Porensieb mindestens ein weiteres Porensieb in Reihe bezüglich einer Strömungsrichtung auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der oben beschriebene Effekt für jedes Porensieb eintritt und die Wirkung eines einzelnen Porensiebs verstärkt bzw. vervielfacht werden kann.In an advantageous embodiment of the refrigerating machine, the phase separator to the pore sieve on at least one other pore sieve in series with respect to a flow direction. As a result, for example, the technical advantage is achieved that the above-described effect occurs for each pore sieve and the effect of a single pore sieve can be increased or multiplied.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kältemaschine weist das Porensieb ein Gewebe auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Porensieb mit regelmäßigen Kapillaren günstig gefertigt werden kann.In a further advantageous embodiment of the refrigeration machine, the pore sieve has a tissue. As a result, for example, the technical advantage is achieved that a pore sieve with regular capillaries can be made cheap.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kältemaschine weist das Porensieb ein Metall, insbesondere Edelstahl oder ein Sintermetall, auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass spezielle Materialeigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit oder Herstellungsverfahren wie Sintern genutzt werden können.In a further advantageous embodiment of the refrigeration machine, the pore sieve has a metal, in particular stainless steel or a sintered metal. As a result, for example, the technical advantage is achieved that special material properties such as corrosion resistance or manufacturing processes such as sintering can be used.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kältemaschine ist das Porensieb in einem Trockner angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein üblicherweise in Kältegeräten vorhandenes Bauteil für die Erfindung verwendet werden kann und kein zusätzliches Bauteil erforderlich ist.In a further advantageous embodiment of the refrigerator, the pore sieve is arranged in a dryer. As a result, the technical advantage is achieved, for example, that a component usually present in refrigeration devices can be used for the invention and no additional component is required.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kältemaschine ist das Porensieb druckfest bezüglich der in der Kältemaschine vorkommenden Arbeitsdrücke. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil einer großen mechanischen Stabilität erreicht.In a further advantageous embodiment of the chiller, the pore sieve is pressure-resistant with respect to the working pressures occurring in the chiller. As a result, for example, the technical advantage of a high mechanical stability is achieved.
Eine Kältemaschine, in der die Erfindung zum Einsatz kommt, hat üblicherweise einen Kältekreislauf mit einem Verdichter, einem Verflüssiger, einer Drossel, und einem Verdampfer, die mittels Kältemittelrohren miteinander verbunden sind. Es können auch Komponenten doppelt vorkommen, insbesondere mehrere Verdampfer, gegebenenfalls mit zugeordneten Drosseln, für unterschiedliche Fächer eines Kältegeräts die mit unterschiedlichen Fachtemperaturen betrieben werden sollen.A refrigerator in which the invention is used usually has a refrigeration circuit with a compressor, a condenser, a throttle, and an evaporator, which are connected to one another by means of refrigerant pipes. It can also occur in duplicate components, in particular a plurality of evaporators, optionally with associated throttles, for different subjects of a refrigerator to be operated with different compartment temperatures.
Die Drossel kann beispielsweise als Kapillarleitung oder als Expansionsventil ausgestaltet sein.The throttle may be configured, for example, as a capillary line or as an expansion valve.
In einer Kältemaschine mit mehreren Verdampfern mit zugeordneten Drosseln können auch mehrere Abscheider vorteilhaft zur Geltung kommen.In a chiller with a plurality of evaporators with associated throttles and more separators can be beneficial advantage.
Ein Kältegerät mit einer der wie oben beschrieben ausgestalteten Kältemaschine weist die Vorteile der Kältemaschine auf, so dass eine Vielzahl von Ausführungsformen auch von Kältegeräten bereit steht.A refrigeration device with one of the refrigerating machine designed as described above has the advantages of the refrigerating machine, so that a large number of embodiments are also available from refrigerating appliances.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below.
Es zeigt dabei:It shows:
In den Figuren sind zur knappen Darstellung voneinander unabhängige Ausgestaltungen in derselben Ausführungsform realisiert. Identische Bezugszeichen in verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.In the figures, embodiments which are independent of one another for the purpose of concise presentation are realized in the same embodiment. Identical reference numerals in different figures indicate the same or equivalent elements.
Die Drossel
Der Phasen-Abscheider
In der
Das Porensieb
In der
Das weitere Porensieb
In der
Die weiteren Porensiebe
Die Phasen-Abscheider
Die Porensiebe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Kältegerät The refrigerator
- 12 12
- Kühlschranktür refrigerator door
- 1414
- Gefrierfachtür freezer door
- 2020
- Kältekreislauf Refrigeration circuit
- 2222
- Kältemaschine refrigeration machine
- 2424
- Verdichter compressor
- 2525
- Verflüssiger condenser
- 2626
- Phasen-Abscheider Phase separator
- 2727
- Drossel throttle
- 2828
- Verdampfer Evaporator
- 2929
- Kapillarrohr capillary
- 3030
- Trockner dryer
- 3232
- Porensieb porous screen
- 4040
- Phasen-Abscheider Phase separator
- 4242
- Trockner dryer
- 4343
- Kältekreislauf Refrigeration circuit
- 4444
- Gehäuse casing
- 4545
- Einlass inlet
- 4646
- Auslass outlet
- 4848
- Kältemittelrohr Refrigerant pipe
- 4949
- aufgeweiteter Abschnitt expanded section
- 5050
- Grobsieb coarse screen
- 5151
- Einschalten turn on
- 5252
- Porensieb porous screen
- 5353
- Poren pore
- 5454
- Kammer chamber
- 60, 70 60, 70
- Phasen-Abscheider Phase separator
- 62, 7262, 72
- Trockner dryer
- 64 64
- Normalsieb Normalsieb
- 66, 74, 7666, 74, 76
- weiteres Porensieb another pore strainer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2015/0300710 A1 [0003] US 2015/0300710 A1 [0003]
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150300710A1 (en) | 2014-04-22 | 2015-10-22 | General Electric Company | Phase separator for a sealed system |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20150300710A1 (en) | 2014-04-22 | 2015-10-22 | General Electric Company | Phase separator for a sealed system |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |